Fyysikot käyttivät pyörivää mikroaaltokenttää polaaristen molekyylien kaasun jäähdyttämiseen
Kokeilleen, tutkijatkäytti kaasua, joka koostui natrium- ja kaliummolekyyleistä, joita pidettiin optisessa loussa lasersäteilyä käyttäen. Fyysikot jäähdyttivät kaasua käyttämällä haihdutusjäähdytystä, tekniikkaa, jota sovelletaan yksittäisiin atomeihin.
Tyhjiökammio, jossa syntyy superkylmää kaasua. Kuva: Max Planck Society
Tämän menetelmän toimintaperiaate perustuuhiukkasten törmäys magneettiloukussa. Yksittäiset atomit, jotka törmäävät toisiinsa, siirtävät osan kineettisestä energiastaan. Ajan myötä yksittäisistä atomeista tulee paljon energisempiä kuin toisista, ja ne poistuvat ansasta vähentäen järjestelmän energiaa ja siihen jäävän atomiryhmän lämpötilaa.
Polaarisille molekyyleille on ominaista epätasaisuussähkövarauksen jakautuminen, tutkijat selittävät. Toisin kuin vapaat atomit, ne voivat pyöriä, värähdellä, vetää puoleensa tai hylkiä toisiaan. Ne käyttäytyvät kuin pienet magneetit ja voivat tarttua yhteen estäen jäähtymisen.
Tämän rajoituksen voittamiseksi tutkijatkäytti erityisesti valmistettua sähkömagneettista kenttää, joka toimii energiasuojana molekyyleille eikä anna niiden kiinnittyä ja tarttua toisiinsa. Kentän vaikutuksesta, jos kaksi molekyyliä tulee liian lähelle toisiaan, ne voivat vaihtaa kineettistä energiaa, mutta samalla ne asettuvat riviin siten, että ne hylkivät toisiaan ja liikkuvat nopeasti eri suuntiin.
Natriumlaser tuottaa keltaista valoa laserjäähdytykseen ja natriumatomien visualisointiin. Kuva: Max Planck Society
Mikroaaltokentän luominen vaaditulla tavallaominaisuuksien vuoksi tutkijat asettivat kierteisen antennin optisen loukun alle, joka sisälsi natrium-kaliummolekyylien kaasua. Tässä kokeellisessa järjestelyssä molekyylit alkoivat törmätä paljon useammin, keskimäärin noin 500 kertaa molekyyliä kohden.
Seurauksena oli, että jo kolmanneksen sekunnin kuluttua lämpötila saavutti noin 21 nK, mikä on selvästi alle kriittisen "Fermi-lämpötilan", rajan, jonka alapuolella kvanttivaikutukset määräävät kaasun käyttäytymisen.
Tutkijat uskovat, että uusi jäähdytystekniikka mahdollistaa erilaisten aineen kvanttimuotojen luomisen ja tutkimisen, joita aiemmin teoriassa ennustettiin.
Kansikuva: Mikroaaltouunin kaasujääkaapin taiteellinen renderöinti. Lähde: Max Planck Society
Lue lisää:
Yliäänikone lentää 2000 km/h nopeudella ja ylittää valtameren 3,5 tunnissa
Tiedemiehet kuvasivat oudon olennon lonkeroilla, joita he luulivat kukaksi
Loi kvanttitietokoneen, joka "meni binäärijärjestelmän ulkopuolelle"